一、前言
1、潔凈廠房空調系統(tǒng)相關規(guī)范
隨著經(jīng)濟的發(fā)展和生活水平的提高，目前在電子、制藥、食品、生物工程、醫(yī)療等領域對潔凈間的要求越來越高，潔凈技術也隨之發(fā)展起來。它綜合了工藝、建筑、裝飾、給排水、空氣凈化、暖通空調等各方面的技術。按照中華人民共和國標準《潔凈廠房設計規(guī)范》，其與空調系統(tǒng)相關的主要技術指標為：
A、空氣潔凈度
B、溫、濕度
C、潔凈室正壓
潔凈室必須維持一定的正壓。不同等級的潔凈室以及潔凈區(qū)與非潔凈區(qū)之間的壓差，應不小于5Pa，潔凈區(qū)與室外的壓差，應不于10Pa。此外，還有對于風量，風速等的技術要求。總之，潔凈間的各項指標都非常嚴格，因此，對其進行的控制就成為必要。
2、潔凈室空調自控的意義
在現(xiàn)代工業(yè)廠房中，空調系統(tǒng)設備較多，自動化管理是使其安全工作并良好運行的重要保證。同時，空調的能源消耗一般占總能源消耗的40％以上，因此空調節(jié)能是節(jié)能的重要手段。對潔凈室而言，更是如此。采用空調自控產(chǎn)品，會產(chǎn)生下列一系列優(yōu)點：
A、先進性和實用性
空調自控管理系統(tǒng)建設于信息時代，系統(tǒng)方案與當前科學技術高速發(fā)展的潮流相吻合。系統(tǒng)總體結構定位于高起點、開放式、模塊化，從而建設一個可擴展的平臺，保護前期工程與后續(xù)技術的銜接。
液晶觸摸屏顯示，可以顯示溫度、濕度、蒸汽及冷凝水溫度，壓差顯示。并且可以直接在屏幕上做調解及各項設置，方便快捷。
B、可靠性
系統(tǒng)每天24小時連續(xù)工作，局部設備故障不會影響整個系統(tǒng)的正常運行，也不會影響其它智能化子系統(tǒng)的正常運行。關鍵的系統(tǒng)部件對故障容錯和數(shù)據(jù)備份應提供相應的解決措施。
C、經(jīng)濟性
系統(tǒng)選用的設備及其系統(tǒng)，是以現(xiàn)有成熟的設備和系統(tǒng)為基礎，以總體目標為方向，局部服從全局，力求系統(tǒng)在初次投入和整個運行生命周期內獲得*的性能價格比。
D、易維護性
系統(tǒng)中需要監(jiān)視和監(jiān)控的設備品種繁多，而且位置分散，要保證日常系統(tǒng)正常工作、可靠運行，系統(tǒng)必須具有高度可靠的可維護性和易維護性。做到所需人員少，維護工作量小，維護強度弱，維護費用低。
E、開放性和可擴展性
系統(tǒng)采用國家和標準及規(guī)范，兼容不同廠家、不同協(xié)議的設備和系統(tǒng)。采用符合工業(yè)標準的操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡技術、相關數(shù)據(jù)和圖形系統(tǒng)。各子系統(tǒng)可方便進出總系統(tǒng)，同時具有開放接口，以便用戶進行二次開發(fā)。
3、潔凈室空調控制系統(tǒng)功能簡介
按照本項目，本次以美國HONEYWELL公司生產(chǎn)的Excel5000控制器為例，做設計分析。美國HONEYWELL公司生產(chǎn)的Excel5000特別適合應用于潔凈間如手術室，潔凈廠房的空調控制，依照《潔凈室施工驗收規(guī)范》，《潔凈廠房設計規(guī)范應》，《采通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范》等國家標準，并綜合考慮上述各系統(tǒng)的內在，我們以Excel20為核心構建了較完整的潔凈間空調自控系統(tǒng)，它具備恒溫恒濕比例積分控制、室內遠程啟停空調、室內溫度設定、關鍵故障（火災）報警及聯(lián)鎖、非關鍵故障（濾網(wǎng)堵塞/送風過熱）報警及聯(lián)鎖、夏季防止送風凝露/冬季防凍、開機順序和連鎖、自定義啟停時間程序等特點。
二、潔凈間空調自控系統(tǒng)構成
1、模擬儀表自動控制
模擬控制儀表由于其理論成熟、結構簡單、投資少、易于調整等因素，過去在空調、冷熱源及給排水等系統(tǒng)中得到廣泛應用。一般模擬控制器為電氣式或電子式，只有硬件部分，無需軟件支持。因此，在調整、投運過程中比較簡單。其組成一般為單回路控制系統(tǒng)，只能適用于小規(guī)模空調系統(tǒng)。從發(fā)展趨勢來說，己經(jīng)較少采用，在此不作進一步說明。
2、計算機控制系統(tǒng)
由于計算機枝術、控制技術、通信技工及圖像技術的發(fā)展，使微計算機控制技術在制冷空調自動控制的應用愈來愈普遍。傳統(tǒng)控制系統(tǒng)在引入微計算機后，就可以充分利用計算機的強大算術運算、邏輯運算及記憶等功能，運用微機指令系統(tǒng)，編制出符合控制規(guī)律的軟件。微機執(zhí)行這些程序，就能實現(xiàn)被控參數(shù)的控制與管理，如數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理等。計算機的控制過程可歸納為實時數(shù)據(jù)采集、實時決策和實時控制三個步驟。這三個步驟不斷地重復進行就會使整個系統(tǒng)按照給定的規(guī)律進行控制、調節(jié)。同時，也對被控變量及設備運行狀態(tài)、故障等進行監(jiān)測、超限報警和保護，記錄歷史數(shù)據(jù)等。應該說，計算機控制在控制功能如精度、實時性、可靠性等方面是模擬控制所無法擬控制所*的。更為重要的是，由于計算機的引入而帶來的管理功能（如報警管理，歷史記錄等）的增強更是模擬控制器根本無法實現(xiàn)的。因此，近年來，在制冷空調自動控制的應用上，尤其在大中型空調系統(tǒng)的自動控制中，計算機控制已經(jīng)占主導地位。
A、直接數(shù)字控制
所謂直接數(shù)字控制是以微處理機動為基礎、不借助模擬儀表而將系統(tǒng)中的傳感器或變送器的輸出信號直接輸入到微型計算機中，經(jīng)微型計算機按預先編制的程序計算處理直接驅動執(zhí)行器的控制方式，簡稱DDC（Direct Digital Control），這種計算機稱為直接數(shù)字控制器，簡稱DDC控制器。DDC控制器中的CPU運行速度很快，并且其配置的輸入出端口（I/0）一般較多。因此，它可以同時控制多個回路，相當于多個模擬系統(tǒng)，具有價格比高等特點。
B、集散型控制系統(tǒng)
集散型控制系統(tǒng)Total Distributed System縮寫為TDS。與過去傳統(tǒng)的計算機控制方法相比，它的控制功能盡可能分散，管理功能盡可能集中。它是由中央站、分站、現(xiàn)場傳感器與通信通道連接起來。分站就是上述以微處理為核心的DDC控制器。它分散于整個系統(tǒng)各被控設備的現(xiàn)場，與現(xiàn)場的傳感器及執(zhí)行器等直接連接，實現(xiàn)對現(xiàn)場設備的檢測與控制。中央站實現(xiàn)集中監(jiān)控和管理功能，如集中監(jiān)視、集中啟?？刂?、集中參數(shù)修改、報警及記錄處理等。可以看出，集散型控制系統(tǒng)的集中管理功能由中央站完成，而控制與調節(jié)功能由分站即DDC控制器完成。
三、潔凈室空調自控系統(tǒng)的實現(xiàn)
1、空氣凈化
一般的潔凈室空間系統(tǒng)中，空氣化處理采用空氣過濾器。通常情況下，安裝初效過濾器和中效過濾器后，空氣潔凈度可以達到100000級。而對于的超凈要求的潔凈間還應安裝過濾器。這樣，空氣潔凈度可以達到更高（如100級甚至更高）。過濾器長期使用時，濾料上沉附的灰塵將慢慢增加，這樣會增大氣流阻力，影響整個空調系統(tǒng)的運行。因此，工程上應對過濾器的氣流阻力變力進行自動檢測和報警。通常采用差壓法測量過濾器前后的壓差Pd,并將此差壓信號進行顯示和根據(jù)設定的差壓限值報警，以便及時清理或更換。
2、溫度控制
一次加熱的控制
空氣一次加熱又稱預加熱，是用來加熱新風或加熱新風與一次回風的混合風。一次加熱一般只用于冬季很冷的地區(qū)，防止新風與一次回風混合后達到飽和，產(chǎn)生水霧或結冰。一次加熱還應用于一次混合不允許變動的超凈空調系統(tǒng)中。當采用蒸氣或熱水進行加熱時，一般采用控制蒸氣或熱水的調節(jié)閥開度實現(xiàn)溫度控制；當采用電加熱時，通過晶閘管電力控制器，控制其加熱電功率實現(xiàn)溫度控制。
3、濕度控制
A、加濕處理及控制
潔凈間空調工程中，加濕操作一般是在冬季或過渡季節(jié)空氣干燥時進行?？諝饧訚竦姆椒ū容^多。通常采用蒸汽加濕器和電加濕器的開關控制或功率調節(jié)。蒸汽加濕時，根據(jù)濕度控制要求，可通過對電磁閥進行位式控制或采用二通調節(jié)閥的連續(xù)調節(jié)來實現(xiàn)。
B、除濕（干燥）處理及控制
空氣冷卻干燥處理常用表冷器來完成。表冷對空氣的處理的等濕冷卻二種處理過程。采用表冷器進行濕度控制時，是通過調節(jié)表冷器的冷媒（如冷凍水）流量來實現(xiàn)。當濕度高于要求的值時，可通過加大冷水閥的開度來加大其流量，實現(xiàn)除濕（即干燥）處理；反之減少流量，實現(xiàn)加濕處理。應該說明的是，由于空氣的物理性質，其濕度的控制相對比較復雜，方法也較多。而且，空氣的溫度和濕度二個參數(shù)在調節(jié)過程中又相互影響。如某些原因使室內溫度升高，引起空氣中水蒸汽的飽和分壓變化，在含濕量不變的情況下，將使相對濕度減少。因此，對其中某一參數(shù)進行調節(jié)時，也會引起另一參數(shù)的變化。例如在夏季采用表冷器進行除濕調節(jié)，開大冷水閥時，在使?jié)穸然謴驼５耐瑫r，也使溫度降低。因此，在工藝設計和自控方案設計時都應充分考慮到這一特點。
4、正壓控制
我國國家標準規(guī)定，不同級別潔凈室之間應大于5Pa,潔凈區(qū)與之間應大于10Pa。潔凈室內的結構等基本確定，在運行過程中，保持正壓可以通過控制新風量或回風量來實現(xiàn)。即通過控制新風門或回風門的開度來實現(xiàn)。
5、其它控制與空調節(jié)能
對潔凈室而言，除上述必需保證的技術指標示，還有一些對于安全與節(jié)能等方面的要求。結合多年的工程實踐，主要有如下一些方面。
A、風機故障報警
通過檢測風機的風流狀態(tài)判斷風機是否正常工作。若因電機燒毀或皮帶松動等原因導致風機停轉，應立即報警。
B、風機變頻控制
為保持潔凈室內穩(wěn)定的正壓或一定的新風/回風比，可以對機（電機）轉數(shù)實施變頻控制。實踐證明，變頻控制比單純的風門開度調節(jié)控制效果更佳，而且可大幅度節(jié)約電力消耗。因為在空調系統(tǒng)中，新/回風的輸送占電能消耗的zui大比例。而風門控制實際上是通過節(jié)流裝置（即風門）來實現(xiàn)氣流的改變。
C、水泵變頻控制
在一泵對一調節(jié)系統(tǒng)時，采用變頻調速（水泵轉數(shù)）實現(xiàn)流量控制比采用節(jié)流裝置（即調節(jié)閥）為佳。這種方式不僅體現(xiàn)在控制效果更佳，同時體現(xiàn)在大幅度節(jié)約電力消耗上。
D、節(jié)能程序
由于計算機控制系統(tǒng)的應用，使節(jié)能控制成為現(xiàn)實。即除了上述對空調系統(tǒng)工藝特點實施的節(jié)能控制手段外，計算機控制還可實現(xiàn)如焓差控制、夜晚循環(huán)、夜風凈化、*啟停、零能量區(qū)等。當然，對于某個特定的潔凈廠房，其節(jié)能程序應根據(jù)其具體情況進行編制，以達到*的節(jié)能效果。
四、空調控制系統(tǒng)的設備配置
實現(xiàn)空調自動控制系統(tǒng)的設備有控制器、傳感器及執(zhí)行器等。當前的主流控制系統(tǒng)己從模擬控制轉變?yōu)橛嬎銠C控制，在此，主要對實現(xiàn)直接數(shù)字控制（既DDC控制）的設備作簡單介紹。
1、后備電池：3V鋰電池 液晶顯示：4行×16安符 EPROM中駐有標準程序。
Excel能型DDC控制器，是中國國家標準規(guī)定的DCP智能型分站。每臺控制器之編程均貯存在自己的記憶體內。Excel20含有16位微處理器i80186可控制16個物理點，（即可聯(lián)接16個探測器，開關，執(zhí)行器）。它由基本的CPU模塊及電源模塊作為基礎，再任意按照實際需要由軟件置以下功能模塊：類比輸和入模塊（AL）：7個點，0~1VDC，2~10VDC，420MA；類比輸出模塊（AO）：3個點，210VDC；數(shù)字輸入模塊（DI）：2點，干接點；數(shù)字輸出模塊（DI）：4個繼電器輸出；開關量的啟/?？梢酝ㄟ^時間計劃表來控制其何時啟停；彈性時間計劃zui長可達1年。
2、溫度傳感器
有效溫度范圍：-20℃到50℃ zui大傳輸距離：200米。
環(huán)境要求：-35℃到60℃、5％RH到95％RH 電氣接線：2×1.5MM2，應與線電源屏蔽。
3、冷熱水閥及驅動器
比例積分電動閥。其中包括：閥門V5011、等百分比特性、電動閥門執(zhí)行器ML7984或M7421、選配不同閥體適用于冷凍水和熱水介質、DN25-150各格供選擇。
4、蒸汽加熱/加濕閥及驅動器
閥門V5011、線性特性、電動閥門執(zhí)行器M7421、選配不同閥體,適用于蒸汽介質、DN25-150各規(guī)格供選擇、4.6電動風門驅動器、電動新風閥ML6184、風門執(zhí)行器ML6XXX,ML7XXX,ML8XXX、適用于0.75M2-15M2面積的風門、有開關型/斷續(xù)型/連續(xù)型。
5、空氣壓差開關 DPS400
壓力范圍：40-400Pa 保護級：IP54。
開關容量：1./250VAC 6、空氣壓差表及壓差變送器 微壓差表2000系列： 現(xiàn)場顯示：指針顯示； 測量范圍：zui小節(jié)0-60Pa； 微壓差變送器MODT30 測量范圍：zui小0-25Pa 輸出信號：4-20MA 輸入信號：空氣壓差 工作電源：10-35VDC。
6、其它檢測、校驗儀器
便攜式數(shù)字溫/濕度表485-1/2：量程：溫度-30-85℃、濕度0-100％RH；精度：溫度±0.5℃、溫度±2％RH；供電：9V堿性電池；探頭長度：219mm（485-2型）。
便攜式數(shù)字壓力/壓差表477型（帶溫度顯示）：量程：zui小0-1000Pa；工作溫度：0-50℃；精度：50％FS；供電：9V堿性電池。
便攜式數(shù)字風速表471型（帶溫度顯示）：量程：zui小0-1000Pa；工作溫度：0-40℃；精度：±3％FS；供電：9V堿性電池。
便攜式數(shù)字粒子計數(shù)器：手持式、電池操作；以0.1FM（立方英尺/分鐘）計算0.3或0.5微米粒子；5種計算模式；存儲數(shù)據(jù)：200組；RS232/RS485輸出；顯示：4行液晶顯示、7位計算結果。